详细介绍
锂电池多层电芯仿真和pack模组仿真一直是锂电池行业仿真的痛点和难点，首先锂电池做多层电芯仿真和模组仿真是为了展示锂电池在应用过程中出现一些物理化学现象，而这种现象如果在我们没有设计好锂电池装配下将会影响电池的寿命，导致电池失效。其中，一种重要的物理化学效应是锂电池的电化学膨胀，当然锂电池的物理化学效应不仅仅局限于此。通过模拟锂电池的电化学膨胀，我们可以准确把握电芯在工作中应力应变的分布，有利于我们提高电芯外形的设计，有利于提高电池寿命，减少失效概率。在模组pack板块，我们通过膨胀仿真可以提前预知膨胀对整体模组的应力应变的影响，然后通过设计缓冲结构减少应力应变对电池寿命的影响，如果我们没有对整体锂电池的电芯和模组建模就无法得到整体的分布，所以目前各大新能源汽车公司和电池制造商都很重视锂电池电芯和模组的整体仿真，以期改进和优化电池的设计。
锂电池建模的痛点在于跨尺度和跨维度，电芯材料本身类似于二维材料，但是变成模组后又成了三维材料，在仿真中会有计算量大，网格处理困难等特点，很多有时候不能建立有效的数学模型来分析问题，这里是指不能得到对工程有益的结果。另一个难度是多物理场，锂电池工作时是电化学反应引起的扩散应力，最终导致膨胀，这需要进行多物理场耦合才能得到比较准确的结果。从这两个层面来说，很多时候工程师只能做一些简化模型来得到近似的仿真结果，但是这种仿真结果通常对工程的可信度就会降低。所以锂电池跨尺度多物理场耦合仿真是未来锂电池仿真最重要的发展方向。
二、解决方案
针对企业对锂电池电化学膨胀快速计算的需求，我们可以从两个角度出发进行建模，第一个角度是跨尺度建模，我们可以提取电芯的微观结构进行最底层的电化学结构耦合仿真计算，将不同的工况下的电池的电压变化和位移变化计算得到结果，通过原位膨胀仪测试对标，最终在pack模组直接进行电压和膨胀率的输入作为仿真的边界条件，就能实时仿真电化学膨胀导致的应力应变分布，第二个角度是分层次仿真，对于电芯结构单独仿真，建立完整的多层结构，对于整体结构进行电化学一维计算，并在数据映射后直接和三维应力应变仿真进行耦合，加快了计算速度。
三、产品特点
①多物理场耦合仿真
实现电化学仿真和结构仿真的耦合，反馈电化学物理化学反应导致的扩散应力对结构变形的影响，从而较好的反馈电化学过程和结构变形之间的关系。
②电芯结构应力应变仿真
锂电池电芯是多层材料卷绕而成，在仿真中我们建立可靠的简化模型，包含三维和二维模型，并和供应商一起准确拿到材料本构的参数，通过合理的建模准确得到电芯膨胀后应力和应变的分布。
③计算效率和精度，工程可用性
通过多物理场耦合，材料本构的精确标定，可以有效的提高模型的精度，在建模中通过合理的简化和数值处理可以提高模型的计算效率。
四、服务成效
通过对多层锂电池电芯的建模和仿真，有效解决了电池膨胀的黑匣子问题，从只能扫描观察到可以精细地得到有用的物理结果，计算得到的结果辅助了电芯的设计，包含电芯电解液的浸润，电芯外壳的设计和电池模组的设计等。
运营案例
宁德时代电芯设计仿真平台一期&二期
